目前采用的应力分析方法通常有材料力学方法、(薄)板壳理论方法、弹性和弹塑性力学方法、有限元方法、断裂力学方法和实验应力方法等。各种方法都有其假设条件和适用对象。
(薄)板壳理论方法采用了材料为各向同性的连续体,使用中性面、直法线、不挤压、小变形和全弹性等假设。即假设板、壳在弯曲变形时,中面的应力为零;在变形前,原垂直于中面的各条法线在变形后仍保持直线,并仍垂直于变形后的中面,即略去了平行于板壳表面各层纤维间的剪切应力,认为弯曲应力沿元件厚度方向都是线性分布的,并略去了垂直于板壳表面的挤压应力,然后取任意位置处微元件体的外载和内力的平衡关系,通过垂体平衡方程、区域平衡方程而求得壳体上的应力。
弹性力学方法采用了材料各向同性的连续体,使用小变形、全弹性等假设,但是不再引入在板壳理论中所采用的中性面、直法线和不挤压的假设。在求解时,认为任意形状的元件都是由无数单元体所组成,所以,可以根据单元体的静力平衡条件列出一组平衡微分方程,按单元体的变形条件列出一组几何方程,用广义胡克定律表示应力和应变的关系,即物理方程,并利用元件表面单元体是应力和外载的平衡而列出边界条件。从原理上说,弹性力学方法可以用于任何形状、任意载荷和求解其任意位置处的应力,但实际上,由于数学上的原因而只能求解其某些特定形状且在特定载荷和支承条件下的问题。为此,对于比较复杂的实际压力容器元件,则采用有限元方法。(www.xing528.com)
有限元方法根据弹性力学的原理,把元件看作不是由无数个微元体,而是由有限个单元体所组成,所以,弹性力学中的各组微分方程都成为有限个联立的代数方程,可以由计算机方便地求解。同时,若在列出应力和应变的关系时引入应力-应变在超过材料屈服强度后的非线性关系,可以用有限元求解弹塑性问题。
由此可见,采用板壳理论方法求解,不仅忽略了某些实际存在的应力,例如峰值应力,而且对回转壳体,只能在其母线是连续曲线时才能求解。当遇到不连续结构时,应按照不连续问题或边缘问题进行求解,此时即使对边缘问题进行了求解,但由于采用了和一般静定结构分析相类似的方法,把元件先进行分解,再根据二者实际为一体的结构通过变形协调关系相连,并把各次所求的应力进行叠加,才能求得总应力。因此,和弹性力学(有限元)始终把元件作为一个结构、一次求出其总应力的方法是不同的。
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